Тема: Атомная физика
Урок: Применение постулатов Н. Бора для объяснения линейчатых спектров атомов. Спектральный анализ
1. Введение
Нильс Бор в 1911 году рассчитал радиус n-орбиты, по которой движется электрон, и скорость его движения на этой орбите (Рис. 1).
Рис. 1
Эта система справедлива для атома водорода (1 ядро + 1 электрон) и водородоподобных атомов (например, для однократно ионизированного гелия).
Для того чтобы объяснить линейчатый спектр атома, Бор сформулировал свой второй постулат: излучение атома в виде кванта hϑ происходит при переходе электрона с i-орбиты на n-орбиту (Рис. 2–3).
Рис. 2
Рис. 3
Wэл.вз – энергия электрического взаимодействия
Wк – кинетическая энергия электрона
r – расстояние между зарядами q1 и q2
Еi – энергия электрона на i- орбите
Кинетическая энергия, имеющая положительное значение, в два раза меньше, чем потенциальная энергия взаимодействия электрона с ядром.
Общая энергия будет иметь знак минус (Рис. 4).
Рис. 4
Е1 – модуль энергии, которой обладает электрон в атоме водорода на первой боровской орбите.
Энергию электронов в атоме принято измерять в электронвольтах.
Электронвольт – это энергия, которую приобретает электрон, пройдя ускоряющую разность потенциалов в 1 В.
1 эВ = 1,602176487(40)*10-19Дж
Полученные данные позволили Бору составить энергетический спектр атома водорода (Рис. 5):
Рис. 5
n – номер орбиты
Если подставить значение энергии электрона, который находится на первой орбите, в формулу второго постулата Бора (Рис. 6):
Рис. 6
Rϑ – коэффициент
Постоянная Ридберга: R= 3,29*1015 Гц
Такое совпадение результатов убедило Нильса Бора в том, что построенная им теория правильная. Но, к сожалению, теорию водородоподобного атома нельзя было применить для атомов, содержащих несколько электронов. Так как электроны тоже влияют друг на друга, по этой причине у них меняется энергия.
При развитии своей теории, Бор заменил круговые орбиты на эллиптические орбиты (Рис. 7). Но так и не смог объяснить спектры других атомов.
Рис. 7. Эллиптические орбиты атома
В основе спектрального анализа состава вещества лежит утверждение, что каждый химический элемент излучает свой набор частот.
В XIX веке были созданы атласы спектральных линий, которые позволили на основе спектрального анализа обнаружить новые химические элементы (Рис. 8–9).
Рис. 8. Атлас спектральных линий
Рис. 9. Спектры лучеиспускания
Спектральный анализ широко применяется во всех областях человеческой деятельности.
Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет
